ทฤษฎีจักรวาลสั่นคืออะไร? - วิทยาศาสตร์ - 2025

จักรวาลสั่นหรือจักรวาลวัฏจักรทฤษฎีแนะว่าจักรวาลขยายตัวและทำสัญญาไปเรื่อย ๆ Richard Tolman (1881-1948) นักคณิตศาสตร์จาก California Institute of Technology ได้เสนอทฤษฎีทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับเอกภพที่เร้าใจในช่วงปีพ. ศ. 2473

แต่แนวคิดนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่สำหรับยุคของ Tolman เนื่องจากพระคัมภีร์เวทโบราณได้เสนอสิ่งที่คล้ายกันเมื่อประมาณ 1,500 ปีก่อนคริสตกาลโดยระบุว่าจักรวาลทั้งหมดบรรจุอยู่ในไข่จักรวาลที่เรียกว่าพรหมมันดา

รูปที่ 1 มุมมองของจักรวาลส่วนลึกจากฮับเบิล ปัจจุบันเอกภพกำลังขยายตัว แต่ตามทฤษฎีการสั่นของจักรวาลมีช่วงเวลาที่มันหดตัว ที่มา: Wikimedia Commons

ขอบคุณ Edwin Hubble (1889-1953) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเอกภพกำลังขยายตัวซึ่งตามที่นักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่กำลังเร่งความเร็ว

ข้อเสนอทฤษฎีจักรวาลสั่น

สิ่งที่โทลแมนเสนอคือการขยายตัวของจักรวาลเกิดขึ้นเนื่องจากแรงกระตุ้นเริ่มต้นของบิ๊กแบงและจะหยุดลงเมื่อกล่าวว่าแรงกระตุ้นจะหยุดลงเนื่องจากการกระทำของแรงโน้มถ่วง

อันที่จริงนักจักรวาลวิทยาชาวรัสเซีย Alexander Friedmann (1888-1925) ได้นำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับความหนาแน่นวิกฤตของเอกภพในปีพ. ศ. ความโน้มถ่วงป้องกันการขยายตัวและทำให้เกิดการหดตัวจนกว่าจะยุบตัว

ในทฤษฎีของเขา Tolman ทำนายว่าความหนาแน่นของจักรวาลจะถึงจุดที่การขยายตัวหยุดลงเนื่องจากเบรกแรงโน้มถ่วงและระยะการหดตัวที่เรียกว่า Big Crunch จะเริ่มขึ้น

ในช่วงนี้กาแลคซีจะขยายตัวเข้าใกล้มากขึ้นจนก่อตัวเป็นมวลขนาดใหญ่หนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อทำให้เกิดการล่มสลายตามที่คาดการณ์ไว้

ทฤษฎีนี้ยังตั้งสมมติฐานว่าเอกภพไม่ได้มีจุดเริ่มต้นและจุดจบที่เฉพาะเจาะจงเนื่องจากมีการสร้างและทำลายสลับกันไปในรอบหลายล้านปี

เรื่องดึกดำบรรพ์

นักจักรวาลวิทยาส่วนใหญ่ยอมรับทฤษฎีบิ๊กแบงว่าเป็นต้นกำเนิดของเอกภพซึ่งก่อตัวขึ้นจากการระเบิดดึกดำบรรพ์ครั้งใหญ่จากรูปแบบเฉพาะของสสารและพลังงานที่มีความหนาแน่นและอุณหภูมิมหาศาล

จากอะตอมเริ่มต้นที่ยิ่งใหญ่นี้ทำให้เกิดอนุภาคมูลฐานที่เรารู้จัก ได้แก่ โปรตอนอิเล็กตรอนและนิวตรอนในรูปแบบที่เรียกว่า ylem ซึ่งเป็นคำภาษากรีกที่อริสโตเติลผู้ชาญฉลาดใช้เพื่ออ้างถึงสารดึกดำบรรพ์ซึ่งเป็นที่มาของสสารทั้งหมด

ylem ค่อยๆเย็นลงเมื่อขยายตัวและหนาแน่นน้อยลงในแต่ละครั้ง กระบวนการนี้ทิ้งร่องรอยการแผ่รังสีไว้บนจักรวาลซึ่งตอนนี้ตรวจพบแล้วนั่นคือพื้นหลังของรังสีไมโครเวฟ

อนุภาคมูลฐานเริ่มรวมตัวกันและก่อตัวเป็นสสารที่เรารู้ในเวลาไม่กี่นาที ดังนั้น ylem จึงเปลี่ยนเป็นสสารหนึ่งและอีกอย่างต่อเนื่อง ความคิดเกี่ยวกับ ylem เป็นสิ่งที่ก่อให้เกิดจักรวาลที่เร้าใจ

ตามทฤษฎีเอกภพที่เต้นเป็นจังหวะก่อนที่จะถึงระยะขยายตัวที่เราอยู่ในตอนนี้เป็นไปได้ว่ามีเอกภพอื่นที่คล้ายกับจักรวาลปัจจุบันซึ่งหดตัวจนก่อตัวเป็นปี

หรือบางทีของเราอาจเป็นจักรวาลแห่งวัฏจักรแห่งแรกที่จะเกิดขึ้นในอนาคต

Big Bang, Big Crunch และเอนโทรปี

ตามที่ Tolman ลำดับการสั่นทุกตัวในจักรวาลเริ่มต้นด้วย Big Bang ซึ่ง ylem ก่อให้เกิดสสารทั้งหมดที่เรารู้จักและจบลงด้วย Big Crunch การล่มสลายที่จักรวาลพังทลาย

ในช่วงเวลาหนึ่งและอีกช่วงหนึ่งจักรวาลจะขยายตัวออกไปจนแรงโน้มถ่วงหยุดมัน

อย่างไรก็ตามในขณะที่ Tolman ตระหนักว่าปัญหาอยู่ในกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ซึ่งระบุว่าเอนโทรปี - ระดับความผิดปกติของระบบไม่เคยลดลง

ดังนั้นแต่ละรอบจะต้องยาวกว่ารอบก่อนหน้าถ้าจักรวาลสามารถเก็บความทรงจำเกี่ยวกับเอนโทรปีก่อนหน้านี้ได้ การเพิ่มความยาวของแต่ละวัฏจักรจะมีจุดที่เอกภพมีแนวโน้มที่จะขยายตัวไปเรื่อย ๆ

ผลที่ตามมาอีกประการหนึ่งก็คือตามแบบจำลองนี้เอกภพมีขอบเขต จำกัด และในอดีตที่ผ่านมาจะต้องมีจุดกำเนิด

เพื่อแก้ไขปัญหา Tolman กล่าวว่าด้วยการรวมอุณหพลศาสตร์เชิงสัมพัทธภาพข้อ จำกัด ดังกล่าวจะหายไปทำให้มีการหดตัวและการขยายตัวของเอกภพไม่ จำกัด

วิวัฒนาการของจักรวาล

รูปที่ 2. พารามิเตอร์ความหนาแน่นกำหนดรูปทรงเรขาคณิตที่เป็นไปได้สามรูปแบบของจักรวาล ที่มา: NASA ผ่าน Wikimedia Commons

Alexander Friedmann นักจักรวาลวิทยาชาวรัสเซียซึ่งเป็นนักคณิตศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ได้ค้นพบวิธีแก้สมการของไอน์สไตน์สามข้อ นี่คือสมการ 10 อย่างที่เป็นส่วนหนึ่งของทฤษฎีสัมพัทธภาพและอธิบายว่ากาลอวกาศโค้งอย่างไรเนื่องจากการมีอยู่ของสสารและแรงโน้มถ่วง

วิธีแก้ปัญหาสามประการของฟรีดมันน์นำไปสู่แบบจำลองของจักรวาลสามแบบคือแบบปิดหนึ่งแบบเปิดและแบบแบนที่สาม ความเป็นไปได้ที่นำเสนอโดยโซลูชันทั้งสามนี้ ได้แก่ :

- จักรวาลที่ขยายตัวสามารถหยุดขยายและหดตัวได้อีกครั้ง

- เอกภพที่กำลังขยายตัวอาจถึงสภาวะสมดุล

- การขยายสามารถดำเนินต่อไปได้ไม่มีที่สิ้นสุด

การฉีกครั้งใหญ่

อัตราการขยายตัวของเอกภพและปริมาณของสสารที่มีอยู่ในนั้นเป็นกุญแจสำคัญในการรับรู้วิธีแก้ปัญหาที่ถูกต้องในสามสิ่งที่กล่าวถึง

ฟรีดมันน์ประมาณว่าความหนาแน่นวิกฤตที่อ้างถึงในตอนต้นคือบวกหรือลบ 6 อะตอมของไฮโดรเจนต่อลูกบาศก์เมตร โปรดจำไว้ว่าไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นผลิตภัณฑ์หลักของ ylem หลังจากบิ๊กแบงและองค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในจักรวาล

จนถึงขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ยอมรับว่าความหนาแน่นของเอกภพในปัจจุบันนั้นต่ำมากจนเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างแรงโน้มถ่วงเพื่อชะลอการขยายตัว

ดังนั้นจักรวาลของเราจะเป็นจักรวาลเปิดซึ่งอาจจบลงด้วยการฉีกขาดครั้งใหญ่หรือ Big Rip ซึ่งสสารจะถูกแยกออกเป็นอนุภาคย่อยของอะตอมที่ไม่มีวันกลับมารวมกันอีก นี่คงเป็นจุดจบของจักรวาลที่เรารู้จัก

สสารมืดเป็นกุญแจสำคัญ

แต่คุณต้องคำนึงถึงการมีอยู่ของสสารมืดด้วย ไม่สามารถมองเห็นหรือตรวจจับสสารมืดได้โดยตรงอย่างน้อยก็ในตอนนี้ แต่ผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของมันเกิดขึ้นเนื่องจากการปรากฏตัวของมันจะอธิบายการเปลี่ยนแปลงความโน้มถ่วงในดวงดาวและระบบต่างๆ

เนื่องจากเชื่อกันว่าสสารมืดครอบครองมากถึง 90% ของจักรวาลจึงเป็นไปได้ว่าจักรวาลของเราถูกปิด ในกรณีนั้นแรงโน้มถ่วงจะสามารถชดเชยการขยายตัวและนำไปสู่ ​​Big Crunch ตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้

ไม่ว่าในกรณีใดมันเป็นความคิดที่น่าสนใจซึ่งยังมีช่องว่างมากมายสำหรับการเก็งกำไร ในอนาคตเป็นไปได้ว่าธรรมชาติที่แท้จริงของสสารมืดหากมีอยู่จริงจะถูกเปิดเผย

มีการทดลองนี้แล้วในห้องปฏิบัติการของสถานีอวกาศนานาชาติ ในขณะเดียวกันบนพื้นดินก็มีการทดลองเพื่อให้ได้มาซึ่งสสารมืดจากสสารปกติ การค้นพบที่เกิดขึ้นจะเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจธรรมชาติที่แท้จริงของจักรวาล

อ้างอิง

1. Kragh, H. แบบจำลองวัฏจักรของเอกภพสัมพัทธภาพ สืบค้นจาก: arxiv.org.
2. เปเรซ I. กำเนิดและจุดจบของจักรวาล สืบค้นจาก: revistaesfinge.com.
3. SC633 ต้นกำเนิดของจักรวาล สืบค้นจาก: sc663b2wood.weebly.com.
4. Villanueva, J. ทฤษฎีจักรวาลสั่น กู้คืน: universetoday.com.
5. วิกิพีเดีย แบบไซคลิก สืบค้นจาก: en.wikipedia.org.
6. วิกิพีเดีย รูปร่างของจักรวาล สืบค้นจาก: en.wikipedia.org.